El pH del agua influye en la temperatura a la que varía su estructura

A pesar de ser tan común, el agua es el líquido más estudiado debido a las incógnitas que todavía existen sobre sus peculiaridades. Para descubrirlas, resultaría necesario entender cómo se organizan las moléculas de agua entre sí. Sin embargo, aún no se sabe con total certeza cómo es la estructura en la que se disponen sus moléculas, ni cómo esta varía con la temperatura.

En concreto, existe controversia sobre la temperatura a la cual los enlaces de hidrógeno se rompen o debilitan, produciendo la anómala dependencia de la temperatura de muchas propiedades del agua. En los últimos años se ha comprobado que muchas de las propiedades del agua varían de forma diferente cuando su temperatura supera cierto valor. Se han informado diferentes valores entre 23 y 48 °C, pero ningún estudio ha explicado los motivos de esta discrepancia. 

Ahora, investigadores del Departamento de Física de Materiales de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), han analizado cómo estas variaciones afectan a las propiedades de materiales de tamaño nanométrico dispersados en ella. Los resultados, publicados en la revista Analytical and Bioanalytical Chemistry, suponen un avance para conocer la estructura del agua.

Los autores han logrado relacionar las variaciones de las propiedades del agua que suceden sobre cierto valor de temperatura con una posible rotura de los enlaces que unen las moléculas de agua. “Hasta ahora no se conocía la causa de la dispersión en los valores de temperatura de rotura de los enlaces entre moléculas de agua. Esto dificultaba identificar este fenómeno como causante de anomalías en la dependencia de las propiedades de diversos sistemas acuosos con la temperatura”, explican.

 La clave está en la acidez

Los investigadores de la UAM, en colaboración con científicos de la Universidad Paris-Sud y la empresa francesa Cisbio Bioassays, han demostrado que dichas variaciones se deben a los distintos valores de acidez de las muestras de agua estudiadas en las diferentes investigaciones sobre la estructura del agua.

Para ello emplearon como sensores iones de europio Eu³, cuya emisión de luz depende de la estructura de las moléculas que los rodean. Para poder estudiar las variaciones con la temperatura de la estructura del agua con diferentes grados de acidez, recubrieron los iones con macromoléculas orgánicas resistentes a la acidez, llamadas trisbipiridinas.

“Esta estrategia nos permitió demostrar que el grado de acidez del agua influye en la temperatura a la que varía su estructura. Nuestros resultados revelaron un aumento de la temperatura de cruce desde alrededor de 35 °C a pH 3.5  a cerca de 45 °C a pH entre 7 y 9, lo que explica las discrepancias de estudios anteriores", apuntan los autores.

 La base de la vida

El agua es la base de la vida. Esto se debe a que sus numerosas peculiaridades hicieron posible el desarrollo de la vida en la Tierra. Por ejemplo, su extremadamente alta capacidad calorífica permite que el agua mantenga una temperatura estable al experimentar cambios de temperatura en su entorno. Esto facilita que el cuerpo humano, compuesto mayoritariamente por agua, pueda mantener su temperatura aproximadamente invariable.

El trabajo supone un gran avance en el conocimiento de la estructura en la que se organizan las moléculas de agua. A partir de ahora se podrá identificar más fácilmente si variaciones inesperadas en la dependencia con la temperatura de muestras en sistemas acuosos se deben al efecto de la anomalía en la estructura del agua.

Con una simple medición del grado de acidez del agua empleada se puede comprobar si la variación que se estudia se produce en la temperatura a la que se esperaría si fuera causada por el cambio en la estructura en la que se disponen las moléculas de agua.

Referencia bibliográfica:

Labrador-Páez, L., Mingoes, C., Jaque, F., Haro-González, P., Bazin, H., Zwier, J. M., Jaque, D., Hildebrandt, N. (2019).  "pH dependence of water anomaly temperature investigated by Eu (III) cryptate luminescence". Analytical and bioanalytical chemistry, 1-8.